[发明专利]一种基于单波长透射式光声显微镜的双组分定量成像法

权利要求书

1.一种基于单波长透射式光声显微镜的双组份定量成像法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：将双组份的目标样本置于样本片上，将样本片安装在单波长透射式光声显微镜上，即先将样本片固定在共聚焦皿底部，再向共聚焦皿内注入耦合液体；球形聚焦超声换能器安置在共聚焦皿上方，物镜安装在共聚焦皿下方，球形聚焦超声换能器与物镜同轴共聚焦对准；脉冲激光通过物镜聚焦在目标样本上，球形聚焦超声换能器表面浸入共聚焦皿中的耦合液体内；

步骤2：激光器产生单波长的脉冲激光，脉冲激光通过物镜聚焦在目标样本上；脉冲激光与目标样本相互作用，产生光吸收和光散射；

步骤3：由于光吸收和光散射，目标样本吸收部分脉冲激光的能量，该部分能量经光声效应产生光声信号S_II；光声信号S_II在共聚焦皿中的耦合液体内传播，球形聚焦超声换能器在t_II时刻接收到光声信号S_II；

步骤4：目标样本未吸收的剩余部分脉冲激光能量在共聚焦皿中的耦合液体内传播，于t_I时刻在球形聚焦超声换能器表面产生光声信号S_I，t_I时刻早于t_II时刻；

步骤5：针对目标样本的每个采样点，球形聚焦超声换能器采集到两个在时序上分离的光声信号，将这两个光声信号转换为电信号，经放大、数字化后导入计算机；

步骤6：使用二维电移台承载样本片移动，对目标样本进行逐点扫描；

步骤7：分析目标样本每个采样点上的两个光声信号，结合目标样本中每种组份的光吸收和光散射特性，定量求解目标样本两种组份的含量；

步骤8：重复步骤7，以各组份浓度为成像参数，可以得到目标样本中各组份含量的分布图像；

脉冲激光经过目标样本的光吸收和光散射后，到达球形聚焦超声换能器表面的脉冲激光被减弱，进而引起光声信号S_I强度的降低，光声信号S_I幅度的降低量与目标样本的光吸收和光散射成正比；目标样本中的光吸收体引起光声信号S_II强度的增加，光声信号S_II幅度的增加量与目标样本的光吸收成正比；

设目标样本的两个组份分别为组份A和组份B，在样本片(x,y)位置处两组组份的含量分别为m_a(x,y)和m_b(x,y)，组份A和组份B的吸收系数分别是ε_a和ε_b，组份A和组份B的散射系数分别是σ_a和σ_b；

对于光声信号S_I，令s₁表示目标样本导致的光声信号S_I强度的降低量，存在如下关系：

(ε_a+σ_a)·m_a+(ε_b+σ_b)·m_b＝α₁·s₁            (1)其中：α₁是与脉冲激光强度、系统增益和球形聚焦超声换能器表面的光吸收特性有光的系统参数；

对于光声信号S_II，令s₂表示目标样本导致的光声信号S_II强度的增加量，存在如下关系：

ε_a·m_a+ε_b·m_b＝α₂·s₂             (2)

其中：α₂是与脉冲激光强度、系统增益和球形聚焦超声换能器的响应有关的系统参数；

联立方程(1)和(2)，得到如下方程组：

其中：k₁₁＝(ε_a+σ_a)/α₁，k₁₂＝(ε_b+σ_b)/α₁，k₂₁＝ε_a/α₂，k₂₂＝ε_b/α₂。